CN113830141B - 一种高速铁路调度控制互协同方法和系统 - Google Patents

一种高速铁路调度控制互协同方法和系统 Download PDF

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CN113830141B CN202111407686.2A CN202111407686A CN113830141B CN 113830141 B CN113830141 B CN 113830141B CN 202111407686 A CN202111407686 A CN 202111407686A CN 113830141 B CN113830141 B CN 113830141B
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Abstract

本发明涉及一种高速铁路调度控制互协同方法和系统。该方法包括调度指挥部分协同步骤和协同控制部分协同步骤，能够采用在线速度曲线计算的调度控制互协同方法，有效降低列车延误的几率，提高运营线路的通过能力，保障运输指挥的运营秩序，减少实际运输中由于调度策略和列车速度控制相割裂而引发的晚点问题，优化运营计划和可用资源调度提升高铁行车指挥系统自动化、智能化程度。

Description

一种高速铁路调度控制互协同方法和系统
技术领域
本发明涉及铁路运输调度控制技术领域，尤其涉及一种高速铁路调度控制互协同方法和系统。
背景技术
我国高速铁路目前已进入大规模网络化运营时代，其路网规模、运营速度、行车密度、开行数量、场景工况、运输组织复杂性均为世界高铁之最。在巨大的客流压力和多变的运营场景下，当前高铁运营呈现出前所未有的复杂度，对保障高铁运输组织效率和运营服务质量造成了极大的影响和压力。调度指挥与列车运行控制是铁路运输的核心，负责指挥和协同列车有序运行。
作为高速铁路系统的大脑和中枢神经，调度指挥与列车运行控制对列车的安全、高效运行至关重要。而目前我国高速铁路列车运行控制与调度系统在功能和架构上相对独立，存在调度与控制管控分离的问题，且以经验为主的人工调度和相对独立的列车控制也难以有效满足行车扰动下快速恢复按图行车的实际运营需求，运输组织的效率和突发事件下的应急处置能力仍有待进一步提高，因此在安全的基础上将传统的列车运行控制与动态调度予以结合，实现调度指挥与运行控制的互协同，从而进一步提升列车运行效率和旅客满意度是高速铁路持续发展的重大需求。
中国发明专利申请公布号CN111391897A公开了一种协同控制方法、装置及系统，根据从调度指挥系统获取到行车计划中，当前勾计划的列车的起始位置和目标股道，在预设的站场邻接图中搜索得到候选进路，进而获取列车准备行车时的各候选进路的可用性，从列车准备行车时的各可用的候选进路中选择出目标候选进路，根据目标候选进路向信号联锁系统发送信号控制指令，以使信号联锁系统 按照信号控制指令进行信号控制，这样，调度指挥系统和信号联锁系统由协同控制系统关联了起来，从而一定程度上摆脱了对于人的依赖，信息交流在系统间进行，更为及时准确，同时实现了对于进路的自动选择和办理，提高了作业效率和安全效率。中国发明专利申请公布号CN113415324A公开了一种高速列车动态调度和运行控制协同优化方法与系统，通过获取调度区段列车运行信息，建立列车动态调度模型，利用蚁群算法，求解列车动态调度的调度方案，得到调整后的实际运行图，并根据调整后的实际运行图、区间基本条件和列车基本参数生成可行的优化速度位置曲线。
上述的现有技术虽然提出了调度与控制管控协同的技术方案，但是只是侧重于行车计划和运行图的调度，并且其协同都是单向的、开环的，即利用调度来影响控制，并不涉及对列车速度曲线的计算，也未能形成调度和控制间闭环的相互协同，在降低列车延误的几率、提高运营线路的通过能力、保障运输指挥的运营秩序等方面的效果有限。
如何克服上述现有技术方案的不足，能够采用在线速度曲线计算的调度控制互协同方法，有效降低列车延误的几率，提高运营线路的通过能力，保障运输指挥的运营秩序，减少实际运输中由于调度策略和列车速度控制相割裂而引发的晚点问题，优化运营计划和可用资源调度提升高铁行车指挥系统自动化、智能化程度，成为本技术领域亟待解决的课题。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种高速铁路调度控制互协同方法和系统，具体采用如下技术方案：
一种高速铁路调度控制互协同方法,包括下列步骤：
S1. 调度指挥部分协同步骤，具体包括：
S11.接收在途列车到达下一站的预期时间；
S12.在计划自动调整模型中设置刚性约束条件；
S13.计算并生成计划周期时间段内符合行车约束的近似最优列车计划；
S14.计算得出运营周期剩余时间范围内的列车调整计划；
S15.将所述近似最优列车计划和所述列车调整计划组合，生成整个运营周期内的修正后的行车计划；
S16. 下达新生成的列车计划至协同控制部分；
S2. 协同控制部分协同步骤，具体包括：
S21. 检查和确认行车计划的合法性和可行性，若通过则转入步骤S22，否则丢弃行车计划并反馈报警信息至调度指挥部分；
S22. 行车状态重构；
S23. 速度曲线计算；
S24. 到站时间预测；
S25.计划协同，若收到调度指挥部分对到站时间预测的确认信息，则将最终速度曲线发送至列车控制系统，列车控制系统以此曲线为目标，控制列车运行；否则转至步骤S21，根据调度指挥部分下达的新的计划信息进行新的一轮运算；
S3. 设施装备部分协同步骤，具体包括：
设备设施部分以接收到的速度曲线为控车目标，控制列车运行，并同时将列车的运行状态以及设备设施的状态反馈给协同控制部分。
进一步，所述步骤S23.速度曲线计算，包括：
S231. 在确定列车追踪关系的基础上，依据线路运行方向由远及近对列车进行排序，并以列车驶出站和至下一驶入站的区间为最小单位，对列车进行分组；
S232. 单车速度曲线计算；
S233. 多车协同曲线计算。
进一步，所述步骤S11、S12、S13具体包括：
S11. 接收来自协同控制部分在途列车
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
到达下一站
Figure DEST_PATH_IMAGE002
的预期时间
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
；
S12. 在选用的计划自动调整模型中设置刚性约束：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
为调整后的列车到站时间；
S13. 限定所述选用的计划自动调整模型的计算范围为一个计划周期
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，即以最近一个周期内的图定计划为按图行车调整目标，计算当前所述计划周期
Figure 513378DEST_PATH_IMAGE006
时间段内的调整计划，以提高自动调整算法的时效性，计算并生成所述计划周期
Figure 259880DEST_PATH_IMAGE006
时间段内符合行车约束的近似最优列车计划
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
。
进一步，所述步骤S14、S15、S16具体包括：
S14. 所述计划周期
Figure DEST_PATH_IMAGE008
时间段外的计划，在所述最优列车计划
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
的基础上，采用列车到发时间平移的策略进行计算得出运营周期剩余时间范围内的列车调整计划
Figure DEST_PATH_IMAGE010
；
S15. 将所述最优列车计划
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
和所述列车调整计划
Figure 689550DEST_PATH_IMAGE010
组合，生成整个运营周期内的修正后的行车计划；
S16. 经调度员确认后，下达所述修正后的行车计划至协同控制部分。
进一步，所述步骤S22具体包括：
S22. 将设备设施部分采集到的信号状态和列车在途状态信息存储/更新至相应的内部数据存储单元，并结合行车计划，重构列车之间的追踪关系图。
进一步，所述步骤S232、S233具体包括：
S232. 单车速度曲线计算，列车组内按由远及近的方式，以各列车的计划到站时间为目标，计算组内各列车至路径前方车站的速度曲线集合；
S233. 多车协同曲线计算，基于各列车速度曲线集合，以全体列车到站晚点时间最小为目标，确定各列车最终速度曲线。
进一步，所述步骤S24具体包括：
基于各列车计算所得的最终速度曲线，结合线路的历史运行数据，预测列车在下一站的到站时间，并将预测结果反馈给调度指挥部分。
本发明还涉及一种高速铁路调度指挥与列车控制互协同系统，用于实现如上所述的方法，包括调度指挥层、列车控制层、设备管理层；
所述调度指挥层根据其所管辖范围内的列车行车状态、信号设备状态等实时信息，结合所述列车控制层实时计算得出的动态速度曲线，对列车在下一车站的接发车作业时间进行估算，根据计算结果实时调整列车的运行计划，并将调整后的列车计划输入至所诉列车控制层以及所述设备管理层；
所述列车控制层结合所述运行计划和当前的行车状态，实时计算各列车的优化速度曲线，并将计算结果输出至所述调度指挥层和所述设备管理层；
所述设备管理层执行所述调度指挥层和所述列车控制层输出的命令。
本发明还涉及一种高速铁路调度控制互协同设备，包括处理器，以及存储器；
所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令从而执行如上所述的高速铁路调度控制互协同方法。
本发明还涉及一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的高速铁路调度控制互协同方法。
本发明的技术方案获得了下列有益效果：通过本发明，采用在线速度曲线计算的调度控制互协同方法，能有效降低列车延误的几率，提高运营线路的通过能力，保障运输指挥的运营秩序，减少实际运输中由于调度策略和列车速度控制相割裂而引发的晚点问题，优化运营计划和可用资源调度提升高铁行车指挥系统自动化、智能化程度。
附图说明
图1为本发明的方法框图。
图2为本发明的列车追踪关系图。
图3为本发明的到站时间预测示意图。
图4为本发明的方法逻辑结构图。
图5为本发明的系统分层结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。
除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
高速铁路调度控制互协同方法及系统实现在动态的运营环境下调度指挥与列车控制的相互协同和互协同。在本发明中，在不变更既有调度指挥和列车控制系统主体架构的基础上，采用静态计划关联动态列车，动态列车影响静态计划的方式，以计划时间为目标实时计算列车速度曲线，预测列车在车站的接发车作业时间，并通过反馈所预测的时间来修正列车计划，进而实现调度和控制的闭环和互协同。
如附图1所示，本发明的高速铁路调度控制互协同方法,包括S1. 调度指挥部分协同步骤、S2. 协同控制部分协同步骤，以及，S3. 设施装备部分协同步骤。下面对本发明的方法进行说明。
S1. 调度指挥部分协同步骤.
调度指挥部分主要实现调度控制互协同的计划决策功能，核心功能是实时的列车计划调整，其以日班计划为目标，根据从协同控制部分获取到的实时预测的在途列车在下一站的到站时间，结合从设备设施层获取到的线路信息和列车自身状态信息，自动计算一个计划周期内（通常为3小时）的近似最优的列车计划，并经调度人员确认后，下达至列控系统执行。具体步骤如下：
S11.接收来自协同控制部分在途列车
Figure 569912DEST_PATH_IMAGE001
到达下一站
Figure DEST_PATH_IMAGE012
的预期时间
Figure DEST_PATH_IMAGE013
；
S12.在计划自动调整模型中，增加一条刚性约束：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为调整后的列车到站时间。目前列车计划调整存在多种自动调整模型和算法，本方法并不限定特定的调整模型和算法。
S13.限定所选用的自动调整算法的计算范围为一个计划周期
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，即以最近一个周期内的图定计划为按图行车调整目标，计算当前
Figure 775764DEST_PATH_IMAGE016
时间段内的调整计划，以提高自动调整算法的时效性，计算并生成
Figure 755484DEST_PATH_IMAGE016
时间段内符合行车约束的近似最优列车计划
Figure DEST_PATH_IMAGE017
；
S14.
Figure DEST_PATH_IMAGE018
时间段外的计划，在
Figure 957270DEST_PATH_IMAGE017
的基础上，采用列车到发时间平移的策略进行计算得出运营周期剩余时间范围内的列车调整计划
Figure DEST_PATH_IMAGE019
；
S15.将
Figure DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure DEST_PATH_IMAGE021
组合，生成整个运营周期内的修正后的行车计划；
S16.经调度员确认后，下达新生成的列车计划至协同控制部分。
S2. 协同控制部分协同步骤。
协同控制部分实现调度指挥和列车控制的双向协同和沟通，也是实现互协同的关键核心，其主要功能是根据接收到的实时的计划信息、行车信息、线路状态信息和信号状态信息，动态生成或更新列车群近似最优的速度曲线，并将速度曲线发送至列车驾驶系统，同时基于相应速度曲线预测在途列车的下一站到站时间，并将结果发送至调度指挥系统。具体步骤如下：
S21.检查和确认。根据技规、站细和已颁布实施的标准规范文件检查行车计划的合法性和可行性，若校验通过则转入步骤S22，否则丢弃行车计划并反馈报警信息至调度指挥部分；
S22.行车状态重构。将设备设施部分采集到的信号状态和列车在途状态信息存储/更新至相应的内部数据存储单元，并结合行车计划，重构列车之间的追踪关系图。如附图2所示，其中左侧为将列车计划图形化的运行图，右侧为基于运行图重构的列车追踪关系图，其中实线弧代表同一列车在不同车站之间的运行路径，虚线为不同列车在行车路径上的追踪关系。
S23.速度曲线计算。根据校验过的列车计划和列车之间的追踪关系图，结合列车和线路的参数（牵引、制动、坡度等参数）、重构的行车状态（列车的位置、速度信息，临时限速信息、轨道电路信息、以及其他的信号设备信息等）计算在途列车群的速度曲线。具体实现步骤如下：
S231.在确定列车追踪关系的基础上，依据线路运行方向由远及近对列车进行排序（
Figure DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure DEST_PATH_IMAGE023
、…、
Figure DEST_PATH_IMAGE024
），并以列车驶出站和至下一驶入站的区间（不包括驶入站）为最小单位，对列车进行分组。
S232.单车速度曲线计算。列车组内按由远及近的方式，以各列车的计划到站时间为目标，计算组内各列车至路径前方车站的速度曲线集合。组内最远端列车直接计算速度曲线，其他列车计算速度曲线时，以计算完成的前方列车的速度曲线为基准，由此得到每列车的速度曲线集合。所计算的速度曲线集合中至少包括：常用制动曲线、紧急制动曲线、报警曲线以及分级的推荐速度曲线。
S232.多车协同曲线计算。基于各列车速度曲线集合，以全体列车到站晚点时间最小为目标，确定各列车最终速度曲线。
S24.到站时间预测。如附图3所示，基于各列车计算所得的最终速度曲线，结合线路的历史运行数据，预测列车在下一站的到站时间，并将预测结果反馈给调度指挥部分。
S25.计划协同。若收到调度指挥部分对到站时间预测的确认信息，则将最终速度曲线发送至列车控制系统，列车控制系统以此曲线为目标，控制列车运行。否则转至步骤S21，根据调度指挥部分下达的新的计划信息进行新的一轮运算。
S3. 设施装备部分协同步骤。
设备设施部分以接收到的速度曲线为控车目标，控制列车运行，并同时将列车的运行状态以及设备设施的状态反馈给协同控制部分。
在将高速铁路调度指挥和列车控制系统分层基础上，附图4给出了适用于高速铁路调度控制互协同方法的逻辑和结构，通过协同控制部分实现调度指挥和列车控制的双向协同，进而实现调度指挥和列车控制的互协同决策。
本发明的调度指挥与列车控制互协同系统的主体逻辑如附图5所示，其中调度指挥层根据其所管辖范围内的列车行车状态、信号设备状态等实时信息，结合列车控制层实时计算得出的动态速度曲线，对列车在下一车站的接发车作业时间进行估算，根据计算结果实时调整列车的运行计划，并将调整后的列车计划输入至列车控制层以及设备管理层；列车控制层结合列车计划信息和当前的行车状态，实时计算各列车的优化速度曲线，并将计算结果输出至调度指挥层和设备管理层；设备管理层具体执行调度指挥层和列车控制层输出的相应命令。
本发明的一种高速铁路调度控制互协同设备，包括处理器，以及存储器；
所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令从而执行如上所述的高速铁路调度控制互协同方法。
本发明的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的高速铁路调度控制互协同方法。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的装置来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高速铁路调度控制互协同方法, 其特征在于，包括下列步骤：
S1. 调度指挥部分协同步骤，具体包括：
S11.接收在途列车到达下一站的预期时间；
S12. 在计划自动调整模型中设置刚性约束条件；
S13.计算并生成计划周期时间段内符合行车约束的近似最优列车计划；
S14.计算得出运营周期剩余时间范围内的列车调整计划；
S15.将所述近似最优列车计划和所述列车调整计划组合，生成整个运营周期内的修正后的行车计划；
S16. 下达新生成的行车计划至协同控制部分；
S2. 协同控制部分协同步骤，具体包括：
S21. 检查和确认行车计划的合法性和可行性，若通过则转入步骤S22，否则丢弃行车计划并反馈报警信息至调度指挥部分；
S22. 行车状态重构；
S23. 速度曲线计算；
S24. 到站时间预测；
S25. 计划协同，若收到调度指挥部分对到站时间预测的确认信息，则将最终速度曲线发送至列车控制系统，列车控制系统以此曲线为目标，控制列车运行；否则转至步骤S21，根据调度指挥部分下达的新的计划信息进行新的一轮运算；
S3. 设备设施部分协同步骤，具体包括：
设备设施部分以接收到的速度曲线为控车目标，控制列车运行，并同时将列车的运行状态以及设备设施的状态反馈给协同控制部分。
2.根据权利要求1所述的高速铁路调度控制互协同方法，其特征在于，所述步骤S23.速度曲线计算，包括以下步骤：
S231. 在确定列车追踪关系的基础上，依据线路运行方向由远及近对列车进行排序，并以列车驶出站和至下一驶入站的区间为最小单位，对列车进行分组；
S232. 单车速度曲线计算；
S233. 多车协同曲线计算。
3.根据权利要求2所述的高速铁路调度控制互协同方法，其特征在于，所述步骤S11、S12、S13具体包括：
S11. 接收来自协同控制部分在途列车
Figure DEST_PATH_IMAGE001
到达下一站
Figure 15397DEST_PATH_IMAGE002
的预期时间
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；
S12. 在选用的计划自动调整模型中设置刚性约束：
Figure 397837DEST_PATH_IMAGE004
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为调整后的列车到站时间；
S13. 限定所述选用的计划自动调整模型的计算范围为一个计划周期
Figure 952315DEST_PATH_IMAGE006
，即以最近一个周期内的图定计划为按图行车调整目标，计算当前所述计划周期
Figure 52995DEST_PATH_IMAGE006
时间段内的调整计划，以提高自动调整算法的时效性，计算并生成所述计划周期
Figure 515069DEST_PATH_IMAGE006
时间段内符合行车约束的近似最优列车计划
Figure DEST_PATH_IMAGE007
。
4.根据权利要求3所述的高速铁路调度控制互协同方法，其特征在于，所述步骤S14、S15、S16具体包括：
S14. 所述计划周期
Figure 17595DEST_PATH_IMAGE008
时间段外的计划，在所述近似最优列车计划
Figure DEST_PATH_IMAGE009
的基础上，采用列车到发时间平移的策略进行计算得出运营周期剩余时间范围内的列车调整计划
Figure 477395DEST_PATH_IMAGE010
；
S15. 将所述近似最优列车计划
Figure DEST_PATH_IMAGE011
和所述列车调整计划
Figure 127688DEST_PATH_IMAGE010
组合，生成整个运营周期内的修正后的行车计划；
S16. 经调度员确认后，下达所述修正后的行车计划至协同控制部分。
5.根据权利要求2所述的高速铁路调度控制互协同方法，其特征在于，所述步骤S22具体包括：
S22. 将设备设施部分采集到的信号状态和列车在途状态信息存储/更新至相应的内部数据存储单元，并结合行车计划，重构列车之间的追踪关系图。
6.根据权利要求2所述的高速铁路调度控制互协同方法，其特征在于，所述步骤S232、S233具体包括：
S232. 单车速度曲线计算，列车组内按由远及近的方式，以各列车的计划到站时间为目标，计算组内各列车至路径前方车站的速度曲线集合；
S233. 多车协同曲线计算，基于各列车速度曲线集合，以全体列车到站晚点时间最小为目标，确定各列车最终速度曲线。
7.根据权利要求2所述的高速铁路调度控制互协同方法，其特征在于，所述步骤S24具体包括：
基于各列车计算所得的最终速度曲线，结合线路的历史运行数据，预测列车在下一站的到站时间，并将预测结果反馈给调度指挥部分。
8.一种高速铁路调度指挥与列车控制互协同系统，用于实现如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，包括调度指挥层、列车控制层、设备管理层；
所述调度指挥层根据其所管辖范围内的实时信息，包括列车行车状态、信号设备状态，结合所述列车控制层实时计算得出的动态速度曲线，对列车在下一车站的接发车作业时间进行估算，根据估算结果实时调整列车的行车计划，并将调整后的行车计划输入至所述列车控制层以及所述设备管理层；
所述列车控制层结合所述行车计划和当前的行车状态，实时计算各列车的优化速度曲线，并将计算结果输出至所述调度指挥层和所述设备管理层；
所述设备管理层执行所述调度指挥层和所述列车控制层输出的命令。
9.一种高速铁路调度控制互协同设备，其特征在于：
包括处理器，以及存储器；
所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令从而执行如权利要求1-7任一项所述的高速铁路调度控制互协同方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的高速铁路调度控制互协同方法。
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